机器人行业研究_机器人行业研究报告
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机器人行业研究
一、行业概述
机器人是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器系统，它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领实施行动。机器人行业经历了示教再现型机器人和感觉型机器人之后，现在进入了智能型机器人时代。
从应用层面来讲，机器人分为两大类，即工业机器人和服务机器人。工业机器人可以代替工人从事上下料、锻造切割、焊接、喷涂、装配、码垛等工业生产作业工作；服务机器人则是除工业机器人之外的、用于非制造业并服务于人类的各种先进机器人，分为专业服务机器人（如军用无人机等）和家用服务机器人（如餐厅机器人、扫地机器人等）。
机器人的种类及应用领域
机器人20世纪30年代以后才出现萌芽，发展时间不足百年，期间经历了成长期和快速发展期，目前已经迈进智能化时代。
机器人发展历史
2016年4月，国家工信部、发改委、财政部联合印发了《机器人产业发展规划（2016-2020）》，《规划》提出，到2020年机器人关键零部件要取得重大突破，实现自主品牌工业机器人年产量达十万台，六轴及以上工业机器人年产量达5万台以上，并实现批量应用，市场占有率达到50%以上，服务机器人年销售收入超过300亿元人民币，在助老助残、医疗康复等领域实现小批量生产及应用，此外，机器人密度达到150台/万人以上。
工业机器人
过去十多年，全球工业机器人景气度较高，2015年，全球工业机器人总销售量达到24.8万台，同比增长15%，2002-2008年，全球工业机器人年复合增长率为8.6%，2009-2015年全球工业机器人年复合增长率为23.5%，是过去6年的2.7倍，近几年全球工业机器人增速明显加快。
全球工业机器人销量及同比增速；2015 年工业机器人各国年供货量比重
从市场结构来看，亚洲地区的销售规模占据主导地区，2015年销售量为15.6万台，是欧洲、美洲和非洲销售量之和的1.8倍，预计到2018年，此比例将达到2.4倍。
2013-2018年主要地区销售规模（台）
从机械机构来看，2015年国产多关节机器人销售加速，销量超过6000台，同比增长71.7%，占国产工业机器人总销量27.4%，比上年提高6.4个百分点，此外，坐标机器人仍是国产工业机器人主力机型，2015年销量约为1.06万台，占机器人销售总量的比重为47.6%，较去年回落4个百分点。由此可以发现，技术附加值较高的机器人产品的比重在提升，三轴四轴等低端机器人在国产机器人中的比重呈现下降趋势，表明国产工业机器人正在逐步往高端技术领域发展。
2015年按机械结构划分国产机器人销售情况
据中国机器人产业联盟统计，2015年国产工业机器人销量继续增长，全年累计销售22257台，按照《规划》要求，到2020年自主品牌机器人销量达10万台，预计2016-2020年复合增长率应该在35%以上，按均价15万元/台计算，我国国产工业机器人未来五年市场规模在500亿左右。
服务机器人
据IFR统计，2012-2015年全球服务机器人销量复合增速已高达19%，预计到2016年将达到607万台。《2015年世界服务机器人统计报告》显示，2014年全球个人/家庭服务机器人的销量达到470万台，较2013年增长28%，而专业服务机器人销量为24207台，较2013年增长11.5%，专业服务机器人由于技术含量高，单价高昂，销售数量比较小。服务机器人虽然市场巨大，但是目前处于发展萌芽期，很多高科技产品的技术还不成熟，商业模式也不够清晰，盈利能力较差。
全球各类专业服务机器人销量（台）；全球各类个人/家用服务机器人销量（台）
服务机器人大多属于消费品，理论上可以实现标准化、系列化，较易批量化生产，一旦优势产品成功研发并加以宣传推广，业绩将会爆发式增长，有望形成类似微软、Apple、Google等全球巨头级龙头企业。目前世界上至少有25个国家正在发展服务型机器人，技术处于前列的国家有美国、法国、德国、日本和韩国。2014年中国服务机器人仅占全球服务机器人市场的4.5%，市场潜力大，目前国内少数企业积极布局服务机器人领域，另外，2015年我国服务机器人销售额为20亿元，根据《规划》的要求，到2020年，服务机器人的年销售收入在300亿元以上，预计2016-2020年复合增长率为71.8%。市场刚性需求与政策双向推动，加之技术逐渐成熟，服务机器人放量可期。
中国各类专业服务机器人销量（台）；中国各类个人/家用服务机器人销量（台）
二、机器人产业链及发展现状
机器人自动化行业按产业链分为上游、中游和下游。上游生产核心零部件：包括减速器、伺服系统、控制器；中游是本体生产商，包括工业机器人本体、服务机器人本体。下游是系统集成商，包括单项系统集成商、综合系统集成商。
机器人产业链
上游：核心零部件 从结构上来看，工业机器人由控制系统、驱动系统和执行机构组成，分别对应控制器、伺服电机和减速器等核心零部件。从成本上来看，核心零部件占工业机器人成本大头，约72%左右。多轴工业机器人的成本构成中，机械本体约占22%；伺服系统约占24%；减速器系统约占36%；控制系统约占12%；其他外设约占6%。
机器人核心零部件；机器人核心零部件成本占比超70%
我国工业机器人主要集中在本体和集成端，原因在于核心零部件缺失严重抬高国内工业机器人成本，制约行业发展。多数厂商承担系统二次开发、定制部件和售后服务等附加值低的工作。关键基础部件中，控制器在国内大部分知名机器人本体制造企业均已实现自主生产，但和国际水平仍有差距；而另两个关键基础部件——伺服电机和减速器，仍大量依赖进口。全球减速器行业集中度很高，两家日本公司纳博特斯（Nabtesco）和哈默纳科（HarmonicDrive）控制的全球机器人减速器市场超过75%（工业机器人用减速器轴承的开发与应用，《机械工程师》2015年第5期），包括ABB、FANUC、KUKA、MOTOMAN在内的国际主流机器人厂商的减速器均由以上两家公司提供。国内机器人市场主要采购以上两家企业的减速器，但采购成本往往较高，这成为了制约国产机器人发展的主要瓶颈之一。
国产机器人比进口机器人贵，原因在零部件上。根据产业信息网发布的《2014-2019年中国钕铁硼永磁材料产业市场分析及投资前景预测报告》，目前一台165kg 焊接机器人成本国内约为29.9万元，而国外大约为16.86万元。零部件成本差异是造成国内外机器人成本差距的最大因素，其中减速器是成本差异最大部分，国内和国外和成本比达到4.4，控制器的国内外成本比,达2.6，伺服电机（驱动）的国内外成本比为1.68（1.95）。国内的材料消耗也更大，如在永磁同步伺服电机中钕铁硼材料成本，国内单体用量比国外高接近1倍。
一台165kg焊接机器人成本国内比国外高70%
控制器
控制器是机器人的大脑，决定机器人性能的优劣。控制成本占机器人总成本的12%，是机器人的核心，控制、发布和传输动作指令，主要包括硬件和软件两部分：硬件就是工业控制板卡，包括一些主控单元、信号处理部分等电路，国产品牌已经掌握；软件部分主要是控制算法、二次开发等，国产品牌在稳定性、响应速度、易用性等还有差距。
近年来随着微电子技术的发展，微处理器的性能越来越高，而价格则越来越便宜，目前市场上已经出现了1-2美金的32位微处理器。高性价比的微处理器为机器人控制器带来了新的发展机遇，使开发低成本、高性能的机器人控制器成为可能。为了保证系统具有足够的计算与存储能力，目前机器人控制器多采用计算能力较强的ARM系列、DSP系列、POWER PC系列、Intel系列等芯片组成。此外，由于已有的通用芯片在功能和性能上不能完全满足某些机器人系统在价格、性能、集成度和接口等方面的要求，这就产生了机器人系统SoC（System onChip）技术的需求，将特定的处理器与所需要的接口集成在一起，可简化系统外围电路的设计，缩小系统尺寸，并降低成本。例如，Actel公司将NEOS或ARM7的处理器内核集成在其FPGA产品上，形成了一个完整的SoC系统。在机器人运动控制器方面，其研究主要集中在美国和日本 ,并有成熟的产品 ,如美DELTA TAU公司、日本朋立株式会社等。其运动控制器以DSP技术为核心, 采用基于PC的开放式结构。
经过多年的沉淀，国内机器人控制器所采用的硬件平台和国外产品相比并没有太大差距，差距主要体现在控制算法和二次开发平台的易用性方面。随着技术和应用经验的积累，国内企业机器人控制器产品已经较为成熟，是机器人产品中与国外产品差距最小的关键零部件。未来几年中国国产机器人将得到快速发展，国产机器人控制器应用市场面临较好的发展契机，尤其是在运动控制领域深耕多年的企业。
国内外重点机器人控制器企业及产品系列
GGII统计数据显示，2015年中国控制器市场规模达23.2亿元，同比增长19%；未来3年增速将维持在18%左右。其中，机器人控制器约3.9亿元，占比17%。未来国内外控制器厂商将机器人市场作为重点的发展方向，预计2017年机器人用控制器在控制器市场上占比将提升至 23%以上。2016-2020年我国国产工业机器人达到32万台以上，控制器价格在1.5-2.5万元之间，取平均值2万元，假设我国的市场份额为50%，国产控制器的市场规模32亿元以上。
伺服系统 伺服系统是机器人的心脏，为机器人提供原动力的核心原件，用来精确地跟随或复现某个过程，其成本占到机器人总成本的24%。伺服系统是使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标（或给定值）的任意变化的自动控制系统。伺服系统按执行元件分为液压伺服系统、电气伺服系统和气动伺服系统。
2014年，伺服系统下游行业比重排名靠前是机床工具、电子设备和纺织机械等传统制造业，随着工业4.0的提出，智能制造比重不断增大，尤其是智能机器人行业对伺服系统的需求不断增加，随着市场接受度不断上升，预计到2019年伺服系统应用于机器人行业的比重最大。
2014年伺服系统下游行业TOP10；2019年伺服系统下游行业TOP10
从市场占有率来看，目前国外伺服企业在我国的市场占有率近80%，其中，日本品牌占比为50%；欧美品牌占比达25%。而国产品牌只占据了20%左右的市场份额。当前我国中低端伺服系统已经能够实现大规模量产，但高端伺服系统尚未形成商品化和批量生产能力，国内对精密伺服电机控制系统的需求主要依赖进口。随着扶持政策对机器人产业的推进，以及国产伺服技术的不断提升，我国伺服系统进口替代的步伐将加快。
中国伺服系统市场占有率分布；2014年中国伺服系统市场主要生产企业
机器人的关节驱动离不开伺服系统，关节越多，机器人的柔性和精准度越高，所使用的伺服电机的数量就越多。机器人对伺服系统的要求较高，必须满足快速响应、高起动转矩、动转矩惯量比大、调速范围宽，要适应机器人的形体做到体积小、重量轻、加减速运行等条件，且需要高可靠性和稳定性。从成长性来看，中国伺服系统受益于国家大力发展高端装备业的产业政策，其发展前景广阔，预计2010-2019年的复合增长率为6.5%，2020年中国伺服系统市场在100亿元以上。
2010-2019年中国伺服系统市场规模；中国伺服系统分功率段销售额比重
减速器
减速器在原动机和工作机或者执行机构之间起匹配转速和传递转矩的作用，是机器人最为重要的核心零部件,用于机器人的减速器主要有两种：RV减速器和谐波减速器。目前国内企业技术偏低，机器人减速器多依赖进口，国内企业要以4倍的价格购买减速器。据统计，2015年约有75%的精密减速器由日本进口，主要供应商是哈默纳科、纳博特斯克和住友公司等。
谐波减速器由波发生器、柔性齿轮和刚性齿轮三个基本构件组成，是一种靠波发生器使柔性齿轮产生可控弹性变形，并与刚性齿轮相啮合来传递运动和动力的齿轮传动。
RV减速器是由摆线针轮和行星支架组成以其体积小，抗冲击力强，扭矩大，定位精度高，振动小，减速比大等诸多优点被广泛应用于机器人，机床，医疗检测设备，卫星接收系统等领域。它较机器人中常用的谐波传动具有高得多的疲劳强度、刚度和寿命，而且回差精度稳定，不像谐波传动那样随着使用时间增长运动精度就会显著降低，故世界上许多国家高精度机器人传动多采用RV减速器，因此，该种RV减速器在先进机器人传动中有逐渐取代谐波减速器的发展趋势。
结合新增需求和存量需求，在中性情况下进行计算，未来3年工业机器人对减速器的需求规模分别为19.41万套、23.97万套和30万套。2015年RV减速器的均价在1万元左右，谐波减速器的均价在8000元左右，考虑到减速器未来价格的下降，故将其价格定在8000元。根据《规划》要求，到2020年我国机器人保有量在50-60万台，取均值55万台，预计2016-2020年新增机器人在32万台左右，假设国内企业的市场份额为50%，那么2016-2020年减速器的市场规模在35亿元左右。
2013-2015国内工业机器人用减速器规模
中游：机器人本体
机器人本体制造商负责工业机器人支柱、手臂、底座等部件与精密减速器等零部件生产加工组装及销售，应用和集成可以本体企业自己实施，也可以给集成商来完成，本体企业具有有效整合上游零部件和下游系统集成商的入口能力。国际上的工业机器人本体制造商包括库卡、ABB、发那科、安川电机等。国内包括新松机器人、广州数控、锐奇股份、埃斯顿、埃夫特、佳士科技、亚威股份等。国内大多数机器人本体公司以采购集成为主。
工业机器人四大家族在本体上游的核心技术
根据世界机器人协会的最新数据和《中国制造2025》工业机器人技术路线图，预计我国机器人市场未来4年复合增速约为30%，若以20万元/台的测算，则2018年我国机器人本体市场规模为300亿，是2014年的2.67倍。
我国工业机器人本体市场规模2018年预计达300亿元
国外机器人行业伴随汽车行业的成长，而且汽车行业对机器人精度、效率和稳定性要求都非常高。在汽车领域，国内机器人企业短期不能和国外企业竞争。开发应用于汽车产业以外一般制造业的经济型机器人是国产机器人本体现阶段的发展方向。经济型本体包括低成本的六轴通用机器人和三、四轴专用机器人。经济型本体分为两类：1）国产核心零部件可以突破，国内机器人企业可以批量化生产降低成本的通用六轴关节机器人；2）应用于某一领域的专用机器人，如用于电子行业的SCARA机器人、桌面机器人就属于经济型本体中的专机，这类专用机器人通常三、四轴（国外通常称为机械手）。在电子、家电制造、金属制造、塑料化工、食品等行业，外资机器人企业行业经验和客户基础优势并不明显，客户更加注重机器人产品的性价比，这是国产机器人的超车机会。
2013年我国机器人安装数量按行业分布；在非汽车领域，国产机器人具有一定竞争力
下游：系统集成
从产业链的角度看，机器人本体（单元）是机器人产业发展的基础，而下游系统集成则是机器人商业化、大规模普及的关键。只有机器人裸机是不能完成任何工作的，需要通过系统集成之后才能为终端客户所用。系统集成方案解决商处于机器人产业链的下游应用端，为终端客户提供应用解决方案，其负责工业机器人软件系统开发和集成，是工业机器人自动作业的重要构成。在我国，系统集成商多是从国外购置机器人整机，根据不同行业或客户的需求，制定符合生产需求的解决方案。
中国与美国类似，机器人公司集中在机器人系统集成领域。在工业机器人产业化过程中，世界形成了三种不同的发展模式：日本模式、欧洲模式和美国模式。目前中国工业机器人产业化的模式与美国接近，即本身生产的机器人较少，众多企业集中于机器人系统集成这一块。其中原因是工业机器人关键零部件的核心技术主要掌握在几家国际巨头手中，机器人本体生产成本过高。
我国工业机器人本体市场规模2018年预计达300亿元
根据高工产研机器人研究院（GGII）的数据显示，截至2014年9月，中国机器人相关企业428家，其中系统集成商就占88%，并且从相关市场数据来看，现阶段国内集成商规模都不大，销售收入1个亿以下的企业占大部分，能做到5个亿的就是行业的佼佼者，10个亿以上的全国范围屈指可数。由于硬件产品价格逐年下降、利润也越来越薄，仅靠项目带动硬件产品的销售模式已经成为过去时，同时进入系统集成这个领域的门槛越来越低，竞争就更为激烈。系统集成的壁垒相对较低，与上下游议价能力较弱，毛利水平不高，但其市场规模要远远大于本体市场。
机器人系统集成商占了中国机器人市场的大壁江山
系统集成企业的工作模式是非标准化的，从销售人员拿订单到项目工程师根据订单要求进行方案设计，再到安装调试人员到客户现场进行安装调试，最后交给客户使用，不同行业的项目都会有其特殊性，很难完全复制。如果专注于某个领域，可以获得较高的行业壁垒，但这个壁垒也使系统集成企业很难跨行业去扩张，其规模也很难上去。
尽管存在诸多障碍，近年来国内还是涌现一批系统集成行业的佼佼者。国际机器人系统集成企业主要有KUKA、ABB、发那科、科马、徕斯等。国内涉足下游集成应用领域的上市公司包括新松机器人、博实股份、天奇股份、广州数控、埃斯顿等，其中新松机器人为国内最大的系统集成商，主要从事工业机器人及自动化成套装备系统的研发、制造。新三板公司有伯朗特、林克曼、拓斯达等。
三、机器人行业相关公司
工业机器人本体相关上市公司包括机器人、埃斯顿、上海机电等；核心零部件相关上市公司包括华中数控、上海机电、秦川机床、双环传动、康尼机电等。
系统集成/行业应用相关上市公司包括黄河旋风、华中数控、机器人、上海机电、华昌达、蓝英装备、天奇股份、远大智能、江南嘉捷等。
服务机器人相关上市公司包括康力电梯、GQY 视讯、巨星科技、楚天科技、博实股份、机器人、慈星股份、中发科技等。
机器人行业上市公司
埃斯顿（002747）
公司是目前国内为数不多的掌握核心技术及核心零部件的国产机器人产业领军企业，荣获2016年中国机器人核心零部件十大竞争力品牌。其中伺服系统技术已经基本赶上发达国家，公司目前已经研发成功50KW大功率伺服系统。在机器人核心零部件进口替代进程加快得到的背景下，公司伺服产品销量和可靠性将大幅提升，公司业绩有望进一步增长。
公司是工业机器人领域龙头企业之一，技术优势明显，公司具有自主核心部件和技术优势的工业机器人及智能制造系统业务继续保持高速增长，随着机器人相关政策陆续出台，未来公司工业机器人及智能制造系统业务在公司总收入的占比将得到快速提升。
公司拟以现金方式出资人民币7600万收购原来由力劲机械厂有限公司持有上海普莱克斯自动化设备制造100%的股权，布局压铸机器人领域。上海普莱克斯是国内最早、最全面的压铸机周边自动化设备生产企业，在国内压铸机机器人自动化集成行业处于领军地位，主要服务于汽车零部件配套企业。
机器人（300024）
公司是我国机器人领域的标杆企业，多年来致力于研究科学化高端智能装备，目前已经处于行业领先地位。公司沈阳自动化研究所的上市平台，在军用机器人领域有专利优势，具备产业化基础。
公司承接的《医药包装材料材料智能化丁基胶塞车间》项目入选工信部2016年智能制造综合标准化与新模式应用支持名单，以此为切入口，公司将推动数字化工厂在医药领域的深入发展，此外，公司积极开拓市场，加深在汽车、机械、电器、电力、食品、医药、电商、3C产业等领域的应用。
上海机电(600835)
公司参股日本机器人零部件生产商纳博精机33%股份。纳博精机主营RV减速机，是全球寡头垄断商，目前国内如双环传动、秦川机床等上市公司涉足该产品的自主生产，但尚未能形成规模的商业化销售。公司与日本纳博特斯克合资成立纳博精密中国项目已落地，首期产能20万台/套RV精密减速器，目前已进入产品生产阶段。
巨星科技（002444）
公司的手工具研发和销售处于世界前列，2014年6月，公司通过增资成为中易和科技有限公司大股东，借此成功进军智能装备领域，2014年10月，公司增资浙江国自机器人，智能化程度不断加深。随着制造业及服务业人力成本不断攀升，公司积极布局智能机器人领域。2015年公司收购华达科捷65%股权，加大了对智能工具、服务机器人的研发力度。此外，公司与中国联通合作成立合资公司，围绕中国联通应用分发平台和游戏运营平台，建立了世界首个服务机器人应用开发及下载平台，应用于家庭服务、安防等领域。公司预计在五年内实现智能装备和工具并驾齐驱，目前清洁机器人已经进入试制试销阶段，市场前景良好，预计会为公司未来的发展创造新的利润增长点。
楚天科技(300358)
公司确立了打造医药智能工厂的目标，研发投入持续增加。楚天机器人公司的成立和智能后包装机器人上市销售标志着公司机器人战略再下一城，和国防科技大学、华中科技大学、中南大学及西门子公司的强强联合将是公司医药和医疗机器人的战略关键。国开发展基金长期看好公司医疗和医药机器人发展前景，6000万增资子公司楚天机器人“年产300台套高端生物医药智能装备及医疗机器人建设项目”。制药装备行业的智能化升级将是大势所趋，公司加大研发力度，积极打造医药智能工厂。
四、结束语
我国机器人产业发展较晚，受零部件供应、相关技术和加工工艺等因素影响，中国市场上工业机器人基本被以ABB、库卡、发那科和安川四大巨头为主的国外机器人品牌占据着，国产机器人品牌仅占约8%的市场份额。中国处于机器人生产的产业链下游，多数厂商承担系统二次开发、定制部件和售后服务等附加值低的工作。随着我国机器人市场需求的迅速扩大，国内企业的自主研发投入的不断加大，研发能力不断提升，未来几年将拉近与国际厂商的差距，国产机器人将填补巨大的替代空间。
